本文來源于海潮天下（Marine Biodiversity）

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出品 | 海潮天下

2026年1月12日，日本“地球號”（Chikyu）科學鉆探船在南鳥島海域開展的試開采，引起全世界海洋工程界的關注。其實這項任務的核心技術新意不在于“鉆”，而在于如何高效地“吸”。深海稀土泥作為一種新興戰(zhàn)略資源，正成為全球能源轉型的關鍵。海潮天下（Marine Biodiversity）小編在研究過程中讀到了一篇2018年基于日本科研團隊在西太平洋海域的研究，這篇發(fā)表在《科學報告》（Scientific Reports）上的研究，比較深度的剖析了南鳥島海域富稀土泥的資源儲量及其礦物賦存規(guī)律，探討了如何用物理分選技術來實現高效開發(fā)。為助力全球環(huán)境治理、并供我國學者了解有關全球深海治理的重要研究動態(tài)信息，編譯分享論文信息如下，供感興趣的讀者們參閱。

▲上圖：由日本海洋研究開發(fā)機構（JAMSTEC）研發(fā)、搭載于“地球號”（Chikyu）深海鉆探船上的無人探測器，于1月正式投入稀土資源勘探任務。圖源：SIP/JAMSTEC

2018一篇論文，定義太平洋深處的新“寶礦”

2018年4月10日，由高谷雄太郎（Yutaro Takaya）和加藤泰浩（Yasuhiro Kato）領銜的科研團隊，在學術期刊《科學報告》（Scientific Reports）上發(fā)表了一篇關于深海礦產資源的研究成果。這項研究基于對西太平洋海域的長年勘探，詳細披露了日本南鳥島（Minamitorishima Island）專屬經濟區(qū)內富稀土泥的分布規(guī)模。研究團隊利用深海研究船“海嶺號”（KAIREI）等船只進行的多個航次采樣，確認了這一海域蘊藏著極其可觀的稀土元素與釔（Yttrium），這類資源也被統(tǒng)稱為REY。

▲上圖：南鳥島（Minamitorishima Island）俯瞰圖。圖源：公域

▲上圖：1943年8月31日，美軍特遣艦隊對南鳥島（當時稱馬庫斯島，Marcus Island）發(fā)動空襲時的航拍影像，此次軍事行動由埃塞克斯號（USS Essex）、約克鎮(zhèn)號（USS Yorktown）和獨立號（USS Independence）三艘航母，以及印第安納號戰(zhàn)列艦、兩艘巡洋艦和十艘驅逐艦共同參與。這張照片捕捉到了島上遭受轟炸的瞬間，由約克鎮(zhèn)號起飛的一架戰(zhàn)機拍攝，現存取于美國國家檔案和記錄管理局。圖源：U.S. Navy（公域圖片）

這篇研究顯示，這片位于深海底部的礦床豐度驚人。

研究人員對573份新分析樣本、以及百余份已有數據做了綜合評估，又用地理信息系統(tǒng)（GIS）對約2500平方公里的目標區(qū)域進行了數字化建模。他們的分析結果顯示，該調查區(qū)的稀土氧化物總量約為1600萬噸，平均濃度為964 ppm。

在垂直分布上，從海底表層到下方10米深的泥層中，稀土濃度隨深度增加呈現出明顯的富集趨勢。在南鳥島南方的一個面積約105平方公里的核心區(qū)塊內，泥樣的平均濃度更是超過了1700 ppm。在某些特定采樣點，5~6米深度區(qū)間的總稀土濃度甚至突破了5600 ppm，最高值接近8000 ppm。

▲上圖：研究區(qū)域的水深地形圖。圖中星號標記了活塞式取樣管（Piston coring）的采樣點位，不同的顏色則對應各次科學考察航次。白色矩形區(qū)域為本次稀土資源儲量估算的重點目標區(qū)。圖中的水深數據源自美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的ETOPO1數據庫，右側局部圖的數據則通過各航次的實測獲得。全圖利用通用制圖工具（GMT）軟件繪制而成。論文出處：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

▲上圖：海底表層至下方10米深度區(qū)間內，深海泥中總稀土濃度（ΣREY）的平均值及每1米深度間隔的分布圖。研究目標區(qū)域被劃分為從A1到D6共24個子區(qū)塊。該圖是ArcGIS軟件依2400個網格（60×40比例）計算生成，圖中的白色圓圈表示實際的鉆探采樣點位。論文出處：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

從全球資源戰(zhàn)略的角度來看，這處深海礦床的重稀土含量比例極高。這篇研究表示：在估算的儲量中，釔約為440萬噸，重稀土元素（HREE）約為260萬噸。因此作者估算，僅南鳥島這片區(qū)域的資源量，就足以支撐全球780年的釔需求、620年的銪（Europium）需求、420年的鋱（Terbium）需求以及730年的鏑（Dysprosium）需求。對于極度依賴這類金屬的高科技產業(yè)和可再生能源領域而言，這幾乎被視為一種“半無限”的供應來源。

為了弄清這些稀土元素在泥土中具體的賦存狀態(tài)，研究團隊利用電子探針顯微分析（EPMA）和激光剝蝕電感耦合等離子體質譜（LA-ICP-MS）對微觀顆粒進行了剖析。

▲上圖：利用電子探針顯微分析（EPMA）與激光剝蝕電感耦合等離子體質譜（LA-ICP-MS）測得的生物成因磷酸鈣（BCP）顆粒中總稀土濃度（ΣREY）分布圖。論文出處：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

▲上圖：不同粒徑組分中總稀土濃度（ΣREY）、重量分布及稀土總量占比的分析圖。論文出處：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

他們的實驗證實，稀土主要鎖定在一種被稱為生物成因磷酸鈣（Biogenic calcium phosphate）的礦物顆粒中。這些微小的顆粒實際上是數百萬年前沉積在海底的魚類牙齒和骨骼碎屑。隨著時間的推移，這些生物殘骸與海水及孔隙水持續(xù)發(fā)生化學作用，其內部積聚的稀土濃度最高可達22000 ppm。相比之下，泥漿中普遍存在的鈣十字石（Phillipsite）顆粒，雖然同樣是在沉積速率極低的環(huán)境下形成的，但其內部稀土含量通常低于100 ppm，并不具備資源價值。

這一微觀規(guī)律為大規(guī)模選礦提供了突破口。研究人員發(fā)現，富含稀土的磷酸鈣顆粒在粒徑上通常明顯大于周圍的粘土礦物。通過對不同顆粒等級的篩分實驗，數據顯示大部分稀土元素都集中在粒徑大于20微米的組分中?；谶@一物理特性，研究團隊引入了工業(yè)級的水旋流分離器（Hydrocyclone separator）進行提純實驗。這種設備依靠離心力原理，能夠高效分離漿料中不同大小和密度的固體。

▲上圖：標準篩粒度分選實驗與水旋流分離器處理獲得的總稀土濃度（ΣREY）富集因子對比圖。富集因子定義為分選后組分（大于20微米組分或沉砂流組分）與原始樣本或礦漿樣本中稀土濃度的比值。圖中灰色、紅色和藍色分別代表原始樣本、沉砂流（Under-flow）組分和溢流（Over-flow）組分的測試數據。粉色陰影區(qū)域則標示了基于原始樣本濃度估算的粒度分選預期富集范圍。論文出處：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

該研究顯示，實驗結果證明了這種物理選礦方案的高效性。在對極其富含稀土的泥樣進行處理時，水旋流分離器可以將稀土品位提升至原始樣本的2.6倍，并實現了高達93%的回收率。

更具現實意義的是，這種分離技術能將泥漿的體積減小到原始量的20%以下，并將固體重量削減40%~60%。這意味著在未來的實際開采中，如果能直接在海底完成這種初步的物理分選，將大幅度降低把礦石運往海面的吊裝成本，同時也能顯著壓縮陸地冶煉廠的處理負荷與成本。這項2018年發(fā)表的研究從資源總量上給出了樂觀的結論，被認為是“為深海稀土資源的商業(yè)化利用提供了一套工藝路徑”。

【參考資料】感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該研究的全文：
Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. The tremendous potential of deep-sea mud as a source of rare-earth elements. Sci Rep 8, 5763 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-23948-5

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資訊源 | Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

文 | 王芊佳

編輯 | 海潮君

排版 | 盧曉雨

日期 | 2026年2月2日

海潮天下

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